【文章內(nèi)容簡介】 壓整流技術(shù)在前面已經(jīng)提到，隔離式開關(guān)電源是直接對輸入的交流電壓進(jìn)行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器?，F(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國際市場的需求，所以他們所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源必須要適應(yīng)世界范圍的交流輸入電壓，通常是180260v的范圍。220V市電經(jīng)整流橋整流以后，變?yōu)榧s300V的脈動(dòng)電壓，再由濾波電容平滑濾波后，得到較為平直的300V直流電壓，以給開關(guān)變壓器供電。 輸入濾波電容在交流輸入電壓最低時(shí)，整流濾波后的直流電壓的脈動(dòng)值Vpp是最低輸入交流電壓峰值的20%25%。設(shè)輸入交流電壓的變化范圍為Vline(min) ～Vline(max)，頻率f=40khz。相電壓有效值：Vline(min) ～Vline(max)：220V*（15%～20%）=176～253V相電壓峰值：Vline(min) ～Vline(max)：249～358V 整流濾波后直流電壓的最大脈動(dòng)值：Vpp=Vline(min)*（20%～25%）=50V（單相） 整流濾波后的直流電壓Vin:（Vline(min)Vpp）～Vline(max)為了保證整流濾波后的直流電壓最小值Vin(min)符合要求，每個(gè)周期中Cin所提供的能量約為：Win====(焦耳)每個(gè)半周期輸入濾波電容所提供的能量為： =Cin[(Vline(min))2Vin(min)2] （31）因此輸入濾波電容容量為：Cin=Win/((Vline(min))2Vin(min)2)=713F （32）上式中，變壓器轉(zhuǎn)換率=70%，由于我們提供的是單相輸入則：A=1，頻率f=40KHZ。 輸入浪涌保護(hù)器件隔離式開關(guān)電源在加電時(shí)，會產(chǎn)生極高的浪涌電流。所以必須在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的E5R值。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近幾百安培。通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負(fù)溫度系數(shù)(NTc)的熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。本設(shè)計(jì)采用負(fù)溫度系數(shù)(NTc)的熱敏電阻[5]。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把NTc(負(fù)溫度系數(shù))的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。RTl和RTz與NTc熱敏電阻的電阻— 熱敏電阻的溫度系數(shù)，α是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比(％／c)表示。當(dāng)開關(guān)電源接通時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當(dāng)電容開始充電時(shí)，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會影響整個(gè)開關(guān)電源的效率。 輸入尖峰電壓保護(hù)在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為220v左右，但有時(shí)也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時(shí)的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴(yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá)5kv。另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： （33）式33中L是電感器的漏感，I是通過線圈的電流。由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時(shí)間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞，所以必須要采取措施加以避免 [6]。用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻(MOV)瞬態(tài)電壓抑制器。當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時(shí)，它的阻抗急劇減小到一個(gè)低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達(dá)到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時(shí)應(yīng)按下述步驟進(jìn)行。（1）選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大10％20％；（2）計(jì)算或估計(jì)出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù)；（3）查明器件所需要承受的最大尖峰電流。上述幾步完成后，就可以根據(jù)壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 功率變換電路設(shè)計(jì) 隔離全橋推挽變換電路一般情況下，隔離式開關(guān)電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件。在電路中，它是以變壓器的形式出現(xiàn)的，但實(shí)際上它起的作用是扼流圈。 典型的全橋推挽式隔離變換器電路結(jié)構(gòu)。在全波整流輸出的LC儲能濾波電路中可以省去一個(gè)續(xù)流二極管，因?yàn)橛糜谌ㄕ鞯膬蓚€(gè)二極管可以輪流充當(dāng)續(xù)流二極管的作用。雙激式開關(guān)電源比單激式開關(guān)電源，具有輸出功率大、電壓紋波小、電壓輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)，： 推挽式開關(guān)變壓器電源各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形）表示控制開關(guān)K1接通時(shí)，變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓波形。）表示控制開關(guān)K2接通時(shí)，變壓器初級線圈N2繞組兩端的電壓波形。）表示控制開關(guān)K1和K2輪流接通時(shí)，變壓器N3繞組兩端電壓Uo的波形。）表示開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)全波整流后的電壓波形。）中，Up、Up 分別表示開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端輸出電壓Uo的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值），[Up]、[Up ]分別表示開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端反激輸出電壓的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值）。）中，實(shí)線波形對應(yīng)控制開關(guān)K1接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形；虛線波形對應(yīng)控制開關(guān)K2接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形。Ua表示整流輸出電壓的平均值。）中，僅用儲能電容對整流輸出電壓進(jìn)行濾波，是很難從脈動(dòng)直流中取出輸出電壓的平均值的，必須同時(shí)使用儲能濾波電感才能取出輸出電壓的平均值。，把整流輸出電壓Uo和LC濾波電路的電壓Uc、電流iL整定，以便用來計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電感、電容的參數(shù)。 （34）或 （35）同時(shí)可以求得輸出電壓Uo為： （36） 推挽式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電感參數(shù)的計(jì)算，當(dāng)控制開關(guān)K1接通時(shí)，輸入電壓Ui通過控制開關(guān)K1加到開關(guān)變壓器線圈N1繞組的兩端，在控制開關(guān)K1接通Ton期間，開關(guān)變壓器線圈N3繞組輸出一個(gè)幅度為Up（半波平均值）的正激電壓uo，然后加到儲能濾波電感L和儲能濾波電容C組成的濾波電路上，在此期間儲能濾波電感L兩端的電壓eL為： （37）式34中：Ui為輸入電壓，Uo為直流輸出電壓，即：Uo為濾波電容兩端電壓uc的平均值。在此說明：由于電容兩端的電壓變化增量ΔU相對于輸出電壓Uo來說非常小，為了簡單，我們這里把Uo當(dāng)成常量來處理。 對式進(jìn)行積分得： （38）式中i（0）為初始電流（t = 0時(shí)刻流過電感L的電流），即：控制開關(guān)K1剛接通瞬間，流過電感L的電流，或稱流過電感L的初始電流。（0）= Ix。當(dāng)控制開關(guān)K由接通期間Ton突然轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間Toff的瞬間，流過電感L的電流iL達(dá)到最大值： （39），，即： （310）根據(jù)39式，310式還可進(jìn)一步求得： （311）該式就是計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的表達(dá)式。式中，Uo為推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，Ui為推挽式變壓器開關(guān)電源輸入電壓，Up為推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組的正激輸出電壓，Up為推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組的反激輸出電壓，n為開關(guān)電源次級線圈N3繞組與初級線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。根據(jù)上面分析結(jié)果，式39可以寫為： （312）或 （313）由式39可知，當(dāng)控制開關(guān)KUpa與Upa基本相等，由此我們也可以認(rèn)為Up與Up基本相等。由于，當(dāng)控制開關(guān)K式312和式313的計(jì)算結(jié)果為0。因此，當(dāng)控制開關(guān)K推挽式變壓器開關(guān)電源經(jīng)整流后輸出的電壓波形基本上是純直流，沒有交流成分，輸出電壓Uo等于最大值Up，因此，可以不需要儲能電感濾波。但是，如果要求輸出電壓可調(diào)，推挽式變壓器開關(guān)電源的兩個(gè)控制開關(guān)K1；因?yàn)橥仆焓阶儔浩鏖_關(guān)電源正反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩個(gè)控制開關(guān)KK2的占空比相當(dāng)于要小一倍。由此可知，當(dāng)要求輸出電壓可調(diào)范圍為最大時(shí)。當(dāng)兩個(gè)控制開關(guān)KUpa = 3Upa，由此也可以認(rèn)為Up等于3Up。把上面已知條件代入313式，可求得： （314）或 （315）同時(shí)可以求得輸出電壓Uo為： （316）(314）、（315）、（316）式就是計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電感和濾波輸出電壓的表達(dá)式（）。式中Uo為推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，Ui為推挽式變壓器開關(guān)電源輸入電壓，T為控制開關(guān)的工作周期，F(xiàn)為控制開關(guān)的工作頻率，n為開關(guān)電源次級線圈N3繞組與初級線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。同理，（314）、（315）、（316）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電感L的中間值，或平均值，對于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。交流電源經(jīng)過整流橋D1和電容C4整流和濾波后，產(chǎn)生直流高壓U1 給高頻變壓器一次繞組供電。D4和D7能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值，并能衰減振鈴電壓。D4采用反向擊穿電壓為200V的瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200，D7選用1A/1000V的超快恢復(fù)二極管IN4007。二次繞組電壓能過DC1L1低通扼流圈、C1C15整流濾波，獲得5V輸出電壓。5V電壓值是由TL431提供穩(wěn)定電壓，R6和R7能設(shè)定輸出電壓值，并能為輸出提供一個(gè)假負(fù)載，用以提高輕載時(shí)的負(fù)載調(diào)整率。由R4和IC1來調(diào)節(jié)控制端電流，通過改變輸出占空比達(dá)到穩(wěn)壓目的。共模扼流圈T2能減小由一次繞組接D端的高壓開關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C12為保護(hù)電容，用于濾掉由一次、二次繞組耦合電容引起的干攏。C16不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定了自啟動(dòng)頻率。由于隔離變壓器T除了具有初、次級間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在全橋推挽式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)